ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Глава I. Проявление металлургической наследственности сталей по содержанию неметаллических включений на стресс-коррозию металла труб из "Стресс-коррозия на газопроводах Гипотезы, аргументы и факты" Накопленные знания в области коррозионно-механической стойкости материалов в различных средах и исследование коррозионного разрушения под напряжением металла газонефтепроводных труб позволили выстроить достаточно сложную и зачастую противоречивую адсорбционно-электрохимическую теорию коррозии металла под напряжением. Целью настоящей работы является системный анализ накопленной научной информации о стресс-коррозии и фактических материалов расследования разрушений магистральных газопроводов (21 случай) и установление приоритетных факторов, определяющих работоспособность металла труб. [c.4] Приведем некоторые общие сведения о металле труб, параметрах перекачиваемого продукта и внешней окружающей среде, характерных для проанализированных разрушений газопроводов. [c.4] Все перечисленные трубы изготовлены из листового металла, полученного методом контролируемой прокатки. [c.4] Просматривается взаимосвязь отказов с протаиванием и увлажнением грунт вых массивов, не столько в окружности собственно газопроводов (грунты оттаен из-за положительных температур транспортируемого газа), сколько из-за возобно ления поверхностных и грунтовых водотоков в зоне прохождения газопроводов. [c.5] Очаг разрыва проходит по линии, объединяющей коррозионно-механическ продольные трещины на внешней поверхности трубы, имеющей в изломе череду щиеся зоны с явно выраженным хрупким характером в зоне трещинообразований от квазихрупкого до пластичного в переходных зонах. Зоне разрыва сопутствуют п раллельно многочисленные изолированные продольные трещины на внешней п верхности трубы (рис.1.1). [c.5] Наблюдаемая связь повреждаемости (коррозионно-механического растрескивания) на наружной поверхности трубы вдоль продольного сварного шва, причем с одной его стороны, с предположением, что она отличается наибольшей загрязненностью металла неметаллическими включениями, при том, что металл остальной части трубы, т.е. на удалении от зоны повреждения, имеет существенно меньшее количество включений, позволила сформулировать гипотезу о том, что преимущественно ускоренное протекание эксплуатационного растрескивания труб обусловлено эффектом края листа или зональной неравномерностью в распределении неметаллических включений в исходном трубном листе, допущенном в производство труб. [c.6] Предложенная автором гипотеза подтверждена металлографическими исследованиями лаборатории физико-химической механики Института физики металлов Уральского отделения Академии наук (руководитель д.т.н. Ю.П.Сурков), которая установила на конкретном примере, что с поврежденной стороны загрязненность составляла до 5 баллов, а вне зоны повреждения до 1-2 баллов по ГОСТ 1778-70. [c.6] Установлено, что зарождение критических трещин обусловлено наличием в местах повреждения аномально крупных (длина от доли мм до 5-8 мм) продольных строчечных неметаллических включений (типа оксидных и шлаковых), присутствие которых нехарактерно для металла трубы вне зоны повреждения [1]. [c.6] Сущность гипотезы сводится к тому, что при недостаточном технологическом припуске удаляемой перед сваркой краевой части листа вблизи продольного шва может оказаться участок края листа с повышенной загрязненностью неметаллическими включениями. Фактически аналогичные последствия будут наблюдаться, если трубный лист, прокатанный из слитка, при последующей подготовке подвергается продольной разрезке. При этом на краю свариваемого листа может оказаться металл осевой части слитка, повышенная загрязненность которого обусловлена ликвацион-ными процессами в слитке и унаследована в металле трубного листа (рис. 1.2 и 1.3). [c.7] Не отрицая действия множества факторов на протекание стресс-коррозии в металле газонефтепроводных труб, детально описанных Fessier R.R. и другими исследователями [2,3,4], автор склонен выделить на первый план фактор металлургической наследственности сталей по содержанию неметаллических включений в аномальном количестве в характерных зонах трубного листа - на плато скоплений НВ ( плато Отта ). Размеры плато на поверхности разрушенных трубопроводов составляли по длине от 0,2-1,0 м до иногда практически полной длины трубы с промежутками нормальной структуры металла, что характерно просматривается по линии разрыва трубопровода. Ширина плато с характерными стресс-коррозионными трещинами доходила до 250 мм. [c.7] Во всех случаях разрушения трубопроводов протяженность очага зарождения разрушения - плато - превышала критическую величину дефекта, при которой он становится нестабильным в процессе эксплуатации труб под заданным рабочим давлением. Этим объясняется отсутствие стадии зарождения свища в трубопроводе до разрушения. [c.7] Действительно, аномально крупные продольные строчечные включения характерны для листового металла, полученного методом контролируемой прокатки. [c.7] Включения выполняют несколько отрицательных функций в металле, часть из которых описана в работе [5]. [c.7] Первая - создание термических остаточных напряжений в металлической матрице, вызывающих пластическую деформацию металла вокруг включения. [c.7] Вторая - включения становятся своеобразным резервуаром - аккумулятором микродефектов (дислокаций и вакансий). [c.7] Третья - возникает адсорбционный (физико-химический) эффект понижения поверхностной энергии металла на границе с активной жидкой средой (эффект Ребиндера). В случае выхода неметаллических включений в приповерхностный слой металла, при наличии жидкой среды (грунтовый электролит), адсорбционный эффект из всех прочих является определяющим. [c.7] Четвертая - проявление химической адсорбции - хемосорбции, учитывая, большую группу включений составляют оксидные соединения кремнезема и глш ма, а также их производные - силикаты и алюмосиликаты, структура которых пр зана открытыми каналами (порами), способными адсорбционно связывать, под( цеолитам, инородные молекулы или ионы из окружающей металл среды и созда с адсорбатом химические связи. А химическая адсорбция является необходимой тью каталитической реакции, в том числе такой, как диссоциация молекулы азот атомы, реагирующие на поверхности катализатора - металлической матрицы с е родом, образуя аммиак [6]. [c.9] Шестая - для катодно-поляризуемых труб, при защите от почвенной коррозии, проявляется двойной электроосмотический эффект - направленное движение водной среды к участкам поверхности металла, содержащим неметаллические включения. [c.10] Седьмая - для наводороживающей среды включения выполняют функцию коллекторов водорода, при этом окклюзия водорода растет с приложением внещних нагрузок в зоне упругой деформации металла, что приводит к резкому снижению пластичности металла. [c.10] Во всем многообразии проявления описанных функций неметаллических включений главным фактором, определяющим работоспособность металла труб, содержащего включения, является время действия коррозионной среды. При большом времени воздействия среды, наряду с адсорбционным эффектом, проявляется специфическая функция - повышение электрохимической гетерогенности металла. [c.10] Вернуться к основной статье